城市内涝应急管理的优化调度研究综述

城市内涝应急管理的优化调度研究综述一、城市内涝应急管理的研究背景与现实动因近年来，全球气候变化背景下极端降雨事件频发，叠加我国城镇化进程中高密度人口集聚、地下管网建设滞后、透水地表占比下降等多重因素，城市内涝已成为影响城市运行安全的突出风险。2020年至2025年间，我国平均每年有超过180座城市出现不同程度的内涝，其中37%的城市单次内涝积水时间超过6小时，因内涝造成的年均直接经济损失突破1200亿元，部分特大暴雨事件中甚至出现人员伤亡、公共服务瘫痪等严重后果。在此背景下，传统“重工程建设、轻应急调度”的内涝治理模式逐渐显露出响应滞后、资源错配、多部门协同效率低等短板，针对应急管理全流程的优化调度研究开始成为公共安全与城市治理领域的核心议题。与常规灾害应急不同，城市内涝应急调度具有高度的时空动态性：降雨过程的非线性演化、不同区域管网排水能力的异质性、交通网络与人员分布的实时变化，决定了应急资源调配、人员转移、交通管控等措施必须具备分钟级的响应精度。早期研究多聚焦于工程性措施的防洪能力提升，认为通过扩大管网直径、增加调蓄池容量即可从根本上解决内涝问题，但实践证明，在建成区大规模改造地下管网的经济成本极高，且无法应对超标准降雨的极端情况。因此，2018年以来学界逐渐形成共识：应急管理的优化调度是在现有工程设施基础上，提升城市内涝风险韧性成本最低、见效最快的路径。二、内涝风险监测与预警模型的优化研究精准的风险感知是应急调度的前提，当前研究主要围绕多源数据融合的监测体系构建与动态预警模型优化两个方向展开。在监测体系层面，传统依赖雨量站、水位传感器的单点监测模式存在覆盖范围不足、数据传输延迟等问题，部分学者提出融合气象雷达、卫星遥感、城市摄像头视觉识别、物联网液位传感器的全域感知网络架构。例如2023年某研究团队在广州试点的“空天地一体化”监测系统，通过对路面摄像头的积水图像进行语义分割识别，配合地下管网的压力传感器数据，可将积水区域的监测精度从传统的500米提升至50米，数据更新频率从15分钟缩短至2分钟。也有研究关注低成本监测设备的部署优化，通过遗传算法模拟传感器的空间布局，在不增加投入的前提下，将内涝关键点位的监测覆盖率提升42%。预警模型的优化研究则经历了从静态阈值预警到动态过程预警的演进。早期预警多基于“日降雨量超过50毫米即发布内涝预警”的固定阈值规则，未考虑土壤前期含水量、管网实时负载、区域地形特征等变量，误报率长期维持在35%以上。近年来，基于水动力模型与机器学习融合的预警技术逐渐成为主流：研究人员通过SWMM、MIKE等水文模型模拟不同降雨情景下的积水扩散过程，生成海量训练数据集，再输入LSTM、Transformer等时序预测模型，实现对未来1-3小时内涝积水深度、影响范围的动态预测。2024年发表于《自然灾害学报》的一项研究显示，融合物理机理与数据驱动的混合模型，对内涝积水深度的预测误差可控制在8%以内，预警提前量平均提升至75分钟，较传统模型准确率提升60%。目前该领域的研究难点在于如何解决城市微地形对积水路径的影响，以及如何将低洼区域的地下空间、下穿隧道等特殊场景的风险特征纳入模型参数。三、应急资源的多目标优化调度研究应急资源调度是内涝应急管理的核心环节，其本质是在有限资源约束下，实现救援效率最大化、灾害损失最小化的多目标优化问题。现有研究主要围绕应急物资、救援力量、排水设施三类资源的调度模型构建展开。在应急物资调度方面，早期研究多将其简化为单配送中心的车辆路径问题，假设需求点的物资需求量固定，仅考虑运输时间最短的单目标优化。但实际内涝场景中，不同区域的受灾程度随时间动态变化，道路通行能力也会因积水上涨而逐渐下降，因此近年研究开始引入动态需求与动态路网的变量。例如有学者构建了两阶段调度模型：第一阶段在降雨初期根据预警结果进行预调度，将沙袋、救生设备等前置到高风险区域；第二阶段在内涝发生后，根据实时灾情反馈动态调整配送路径，模型中同时纳入物资到达时间、运输成本、未满足需求率三个优化目标，通过NSGA-Ⅱ算法求解帕累托最优解。2022年郑州“7·20”暴雨后的复盘研究显示，若采用预调度+动态调整的物资调度模式，可将重点区域的物资到位时间缩短40%，因物资短缺造成的损失降低28%。救援力量调度的研究则重点关注多主体协同与优先级排序问题。城市内涝救援通常涉及消防、市政、交通、社区等多个部门，传统“各自为战”的调度模式容易出现救援力量重复覆盖或盲区并存的问题。对此，部分学者提出基于任务优先级的多主体协同调度框架：首先根据受灾人员数量、设施重要性、积水上涨速度等指标，对救援任务进行量化评分排序，再通过多智能体强化学习算法动态匹配不同救援队伍的能力与任务需求，同时考虑救援人员的疲劳度、装备损耗等约束。以上海2023年内涝应急演练的实测数据为例，采用该协同调度模型后，救援任务的平均完成时间缩短32%，力量闲置率从27%下降至9%。此外，也有研究关注特殊群体的救援优先级，提出将老旧小区、地下空间、养老院、学校等点位的权重在调度模型中提升1.5倍，优先保障弱势人群的生命安全。排水设施的动态调度是近年新兴的研究方向。传统排水系统的泵闸、调蓄池多采用固定的水位阈值控制，无法适应降雨的时空不均匀性。为此，学者们提出基于实时感知数据的厂网河一体化调度模式，通过对排水泵站的启闭时间、闸门开度、调蓄池的蓄放节奏进行全局优化，实现排水能力的最大化利用。2024年深圳的试点项目显示，采用优化调度算法后，在不新增工程设施的情况下，城市整体排水能力可提升15%-20%，中心区域的积水时间平均缩短2.5小时。目前该领域的研究热点在于如何应对降雨预报的不确定性，通过鲁棒优化算法降低预报误差对调度效果的影响。四、交通管控与人员疏散的调度优化研究内涝发生时的交通管控与人员疏散是减少人员伤亡的关键，现有研究主要围绕积水路段的通行管控、疏散路径规划、避难场所分配三个维度展开。在交通管控方面，早期措施多为简单的积水路段封路，容易造成周边路网的大面积拥堵。近年研究开始关注动态交通信号控制与分流路径引导的协同优化，通过实时采集各路段的积水深度与车流量数据，动态调整交通信号灯的配时方案，同时通过导航平台向社会车辆发布分流建议。有研究通过微观交通仿真模拟显示，采用动态管控策略后，内涝区域的平均通行效率可提升35%，因车辆涉水熄火造成的道路阻塞事件减少58%。针对下穿隧道、低洼立交等内涝高发点位，部分学者提出构建“水位监测-自动预警-闸门管控-信息发布”的一体化闭环管控系统，当水位超过20厘米时自动触发封路措施，避免车辆冒险通行。人员疏散调度的研究重点在于解决疏散需求的动态预测与路径的鲁棒性问题。传统疏散模型多假设所有人员同时开始疏散，且路径通行能力固定，但实际内涝中人员的疏散决策受预警信息接收时间、积水上涨速度的影响，呈现出明显的时序特征。对此，有研究提出基于风险演化的分阶段疏散策略：第一阶段在预警发布后，优先组织地下空间、低洼区域的人员预疏散；第二阶段在积水达到警戒水位时，组织周边受影响区域的人员有序转移。疏散路径规划方面，考虑到部分路段可能因积水突然上涨而中断，学者们引入可靠性理论，构建考虑路径失效概率的鲁棒优化模型，确保即使部分路段无法通行，备选路径仍能满足疏散需求。2023年发表于《中国安全科学学报》的研究显示，鲁棒疏散路径较最短路径的平均通行时间仅增加7%，但路径失效风险降低65%，更适合内涝等不确定性较强的灾害场景。避难场所的优化分配研究则关注“均衡性”与“可达性”的平衡。传统避难场所规划多基于静态的服务半径，未考虑内涝时道路通行能力下降对可达性的影响。近年研究开始将积水下的路网通行速度纳入可达性计算模型，通过双层规划算法优化避难场所的开放数量与人员分配方案，在保障所有疏散人员15分钟可达的前提下，尽量避免部分避难场所过度拥挤、部分场所资源闲置的问题。也有研究提出平灾结合的避难场所利用策略，将学校、体育馆、商场等公共建筑纳入临时避难场所储备库，根据灾情规模动态调整开放数量，大幅降低应急管理的运营成本。五、多部门协同调度的机制与技术支撑研究内涝应急调度的效能不仅取决于技术模型的优化，更依赖于跨部门、跨层级的协同机制完善。现有研究从组织架构、信息共享、权责划分三个层面展开了探讨。在组织架构层面，传统“条块分割”的应急管理体系中，气象部门负责降雨预报、水利部门负责河道调度、市政部门负责管网排水、应急管理部门负责救援统筹，部门间的协调成本极高。对此，部分学者提出构建“平战结合”的城市内涝应急指挥中枢，在日常状态下负责监测预警、预案编制、演练组织，在应急状态下统一调度所有部门的资源与力量，减少中间协调环节。2022年以来，国内已有超过40个城市成立了专门的城市应急指挥中心，试点数据显示，统一指挥模式下的应急响应时间平均缩短45%，部门间协同效率提升60%。信息共享机制的研究重点在于打破“数据孤岛”。目前多数城市的气象数据、管网数据、交通数据、视频监控数据分属不同部门管理，缺乏统一的数据共享平台，导致应急调度时数据获取滞后。针对这一问题，学者们提出构建城市内涝应急数据中台，制定统一的数据标准与接口规范，实现多源数据的实时汇聚与调用。2023年杭州的实践显示，通过打通12个相关部门的27类数据，应急调度决策的信息支撑效率提升3倍，因数据不全面导致的决策失误率下降72%。也有研究关注数据共享中的安全问题，提出采用联邦学习、区块链等技术，在保障各部门数据隐私的前提下实现联合建模与协同决策。权责划分与考核机制的研究是近年的新兴方向。部分研究指出，当前应急调度中存在“有责无权、权责不对等”的问题，应急管理部门在调度其他部门资源时缺乏足够的约束力，导致部分调度指令执行不到位。对此，学者们建议通过地方性法规明确各部门在内涝应急中的具体权责清单，制定可量化的考核指标，将应急响应速度、资源到位率、灾害损失减少率等纳入部门绩效考核，同时建立容错机制，鼓励应急管理人员在极端场景下果断决策。2024年某省出台的《城市内涝应急处置条例》中首次明确了应急指挥机构的调度权限，对拒不执行调度指令的部门可直接追责，实施后该省内涝应急的指令执行率从68%提升至97%。六、现有研究不足与未来发展方向尽管城市内涝应急调度研究已取得丰富成果，但仍存在三个明显的短板：一是现有模型多基于理想情景假设，对极端降雨下的“黑天鹅”场景考虑不足，当出现超过设计标准的特大暴雨时，多数调度模型的鲁棒性会大幅下降；二是技术研究与管理实践存在脱节，部分优化模型过于复杂，对数据质量要求极高，难以在中小城市落地应用；三是对社会参与的关注不足，现有调度多以政府部门为单一主体，未充分发挥社区、社会组织、公众在灾情上报、自救互救中的作用。未来研究可重点关注三个方向：第一，发展面向极端情景的韧性调度理论，突破传统“预测-应对”模式的局限，